Производство на електроенергия от биомаса

ВЕИ енергетикaТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 4, 2011

Биомасата се счита за един от най-добрите примери за неконвенционален източник на енергия. Тя също така се счита и за подходяща алтернатива на изкопаемите горива при производството на електроенергия. Известно е, че под общото наименование биомаса обикновено се има предвид суровини, получени от дървесни отпадъци, отпадъци от селското стопанство и хранително-вкусовата промишленост, както и растения и дървета, отглеждани с цел използването им като суровина при производството на енергия. Към биомасата се включват също и утайките, получени при пречистването на отпадни води, както и оборският тор. Като основни предимства на биомасата могат да се посочат фактът, че е възобновяем енергиен източник и широката й достъпност, при това в големи количества. Нейни предимства се явяват и сравнително по-ниската цена, неголямата инвестиция, свързана със създаването и експлоатацията на подобна станция, възможността полезно да се оползотворят част от акумулираните отпадъци. Насърчаването на използването на биомаса играе важна роля и в достигането на целите на Европейската комисия по отношение на климатичните промени. Според специалисти, това вероятно се дължи на факта, чe до момента за Европа енергията, произвеждана от биомаса, съставлява около 2/3 от цялата енергия, произвеждана от възобновяеми енергийни източници.

Като недостатък на използването на биомаса може да се посочи факта, че в определени случаи изгарянето й може да доведе до отделянето на повече отпадъци, от колкото изгарянето на въглища, например. Съща така, на този етап, централите, произвеждащи електроенергия от биомаса, се характеризират със сравнително ниска ефективност. Принципно, изгарянето на биомаса се счита за въглеродно неутрален процес, но в някои случаи отделяните емисии от въглеродни окиси също се приемат за недостатък.

Използвани технологии

Принципно, за производство на електроенергия от биомаса се използват основно няколко технологии - директно изгаряне, пиролиза, газификация, анаеробно разлагане.

При директното изгаряне биомасата се изгаря директно в котли, с които се произвежда пара, която в последствие се използва за захранване на електрически генератори. Директното изгаряне е сравнително установена и доказана технология. Използването й се счита за икономически изгодно за мощности в порядъка от 6 MWe до 15 MWe. Изграждането на подобно инсталация се счита за подходящо, там където има големи отпадни продукти от мелници и при производството на захарна тръстика, ориз хартия, царевица. Позволява производството както на електрическа енергия, така и на топлина под формата на пара за производствени нужди.

За момента, съвместното изгаряне на биомаса и изкопаеми горива в централи, при което се достига ефективност до около 45%, се счита за едно от най-ефективните решения за производство на енергия от биомаса. Централите за комбинирано производство на топлинна и електроенергия, предназначени за изгаряне само на биомаса, поради трудностите с осигуряването на суровина, към момента са малки и с по-ниска ефективност от централите на въглища.

При съвместното изгаряне на биомаса и твърди горива, ако изгарянето на биомаса съставлява 5-10%, са необходими само леки промени в зареждащото оборудване. Ако използването на биомаса превишава 10% или при разделно изгаряне на въглищата и биомасата, това налага извършването на някои промени в мелничното оборудване, горелките и сушилните камери. В допълнение, отделената въглищна пепел, която след това се използва при производството на строителни материали, не трябва да бъде замърсена с катран и алкални метали, богати на пепел от биомаса. При използване на евтина местна биомаса, необходимите допълнителни инвестиции могат да имат кратък период на възвръщаемост, до около 2 години. Използването, обаче, на биомаса с ниско качество като тревни култури и мокра дървесина, може да доведе до отделянето на катран и до образуването на шлака, което, от своя страна, може да рефлектира върху надеждността на централата и да повиши разходите.

Пиролиза

При процеса пиролиза биомасата се разлага до пиролизно масло, което се използва като гориво, при изгарянето на което се генерира енергия. Процесът е подобен на газификацията на биомаса. Органичната материя се нагрява до висока температура от порядъка на 450 - 600 °C, в безкислородна среда. Така създадените условия допринасят за отделянето на органични пари, газове и въглени. Пиролизното масло е продукт от кондензирането на парите. Обикновено 50 - 75% от суровината се превръща в пиролизно масло. Полученото пиролизно масло лесно се транспортира, съхранява и обработва. Може да се изгаря в котел за производството както на топлина, така и на електроенергия. Протичането на самия процес изисква неголямо количество електроенергия.

Газификация

Процесът на газификация на биомаса представлява термохимична преработка на биомасата, в резултат от който се получава горим газ, наричан “карбуриран газ”, дървесен газ или синтезен газ. Процесът протича при температури от порядъка на 800 - 1300 оС. Полученият горим газ се състои от въглероден оксид, водород, метан, въглероден диоксид, неголямо количество въглеродни съединения като метан и етан. Този газ може да се използва като газообразно гориво за захранване на котли, газови турбини, двигатели с вътрешно горене и други. В състава на газа влизат също водни пари, азот и различни примеси като смоли, пепел и др. Съдържанието на твърди частици в получения газ предполага неговото предварително очистване при използването му като гориво.

Процесът на газификация се счита за подходящ за производство на енергия в отдалечени райони при използването на дървесна биомаса. Счита се за много подходящо решение при малки фабрики или мелници. Освен електроенергия, е възможно и производство на топлина. Известни трудности при газификацията се явяват необходимостта от окрупняване на твърде ситните частици биомаса и фактът, че поддържането на подобни инсталации в отдалечени райони може да се окаже трудно и скъпо.

Основното предимство на газификацията в сравнение с директното изгаряне на биомаса е, че извлечените газове могат да се използват в централи с различна конфигурация.

Анаеробно разлагане

В среда без кислород и при наличието на определени бактерии, органичната материя, като например животински тор, органични отпадъци и зелени енергийни култури (например трева), може да бъде разградена. Този процес е познат като анаеробно разлагане. Продукт от този процес е смес от газове, наречена биогаз със състав обикновено

40 - 75 % метан, CO2 и малки количества сероводород и амоняк. Анаеробното разлагане е сред основните процеси при биологичното пречистване на отпадни води в пречиствателните станции и при третиране на органичните фракции от твърдите битови отпадъци.

Според специалисти, тази технология има значителен потенциал, но тя се счита за подходяща за по-малки инсталации. Анаеробното разлагане обикновено се използва в малки селски райони, райони без връзка с централната мрежа и други. Нарастващите разходи за изхвърляне на отпадъците може да подобри икономическите фактори. В модерните депа за отпадъци производство на метан варира между 50 и 100 kg на тон твърди битови отпадъци. Като цяло, около 50% от този газ може да бъде възстановен и използван за производство на енергия и генериране на топлина. След пречистване и преработка, биогазът може да се използва като гориво за топлоцентрали, стационарни двигатели, да се подава към мрежата за природен газ или да се използва като гориво в транспорта.

Големите централи, оползотворяващи твърди битови отпадъци, селскостопански отпадъци и индустриални органични отпадъци, се нуждаят от около 8000-9000 тона отпадъци годишно на MW инсталирана мощност. По тази причина те се считат за подходящи в райони, където има големи количества органични отпадъци или отпадни води.

Предимство на технологиите за производство на електроенергия от биомаса е използването на горивни процеси, поради което е възможно генериране на електричество по всяко време. За сравнение, вятърните и слънчевите технологии могат да произвеждат енергия само при наличието на вятър или слънчево греене, съответно.

Според данни от пресата, до момента повечето електроцентрали на биомаса използват като гориво дървесни или селскостопански отпадъци. Основни ограничения за широкото използване на биомасата за производство на електроенергия са свързани предимно с необходимите разходи, ниската ефективност на преобразуване и ограниченията, свързани със суровините.


Top